（电路与系统专业论文）基于GPS的车辆调度系统的设计[电路与系统专业优秀论文].pdf

基于g p s 的车辆调度系统的设计 摘要 随着国民经济的快速发展，社会车辆迅速增多，2 0 0 7 年底，我国车辆保守估 计量为1 2 亿辆，尤其是一些运输集团拥有几十辆甚至上百上千辆车，因此有必 要加强对车辆的监控能力。本文中的g p s 车辆监控系统正是解决这个问题的好 办法，对集团用户提供调度监控车辆能力，加强车辆管理，提高车辆运输效率， 提高经济效益。 本文主要介绍了g p s 定位的基本原理，g p s 数据标准，以及车辆调度系统 所涉及到的无线通信协议、嵌入式系统等技术。根据不同应用领域采用不同的设 计方案，灵活设计，从基本的定位，到数据实时传输监控，包括图像和视频的传 输。 关于车载终端的设计，本文提供两种方案，一种是基于g p s g s m 的车辆调 度系统，采用短消息格式来传递车辆的位置信息；另一种方案基于g p s g p r s ， 同过无线网络来传送信息，并实现了相关的软硬件设计。第一种方案硬件方面采 用a t 8 9 c 5 1 芯片作m c u ，采用t l l 6 c 5 5 4 扩展串口，实现m c u 与g p s 模块的 信息传输，并通过发送a t 指令来控制g s m 模块的信息读写与发送。第二种方 案，m c u 不仅可以处理g p s 的信息，还可以采集其他的相关数据，例如图像、 视频等，因此采用了嵌入式c p u ，根据本系统需要扩展的各种外设模块和处理 多媒体业务的需要，这里我们选择了s u m s u n 公司2 6 6 m h z 的$ 3 c 2 4 1 0 来作 为m c u ，此芯片广泛应用于各类消费电子产品中，具有性能优秀，运行稳定的 特点。在此基础上选用了3 2 m 的s d r a m ，“m 的n a n df l a s h 存储器共同 构成核心的嵌入式系统。在嵌入式软件的选取方面，主要是嵌入式操作系统的选 择，我们选用l i n u x ，在此基础上进行嵌入式应用程序的开发。 关于调度中心的问题，为了实现便捷的管理，调度中心配置一台高性能的p c 处理机，扩展g s m 模块或g p r s 模块与远端移动用户通信，同时运行监控软件， 从而完成调度和管理工作。 关键字：车辆调度系统g s mg p r sg p s $ 3 c 2 4 1 0 基于g p s 的车辆调度系统的设计 a b s t a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y , t h ec o u n to fv e h i c l e sg r o w su pq u i c k l y , t h e r e a i e12 0 0 0m i l l i o nv e h i c l e sa tl e a s ti no u rc o u n t r ya tt h ee n do f2 0 0 7 ，e s p e c i a l l y , s o m e c o m p a n i e sh a v ed o z e n so fv e h i c l e s ，s oi ti st h er e a s o nw h y s h o u l de n h a n c et h ea b i l i t y o fc o n t r o l l i n gt h ev e h i c l e t h ec o n t r o l l i n gs y s t e mo fv e h i c l e st h i sp a p e rp r o v i d ei sa g o o dw a y t os o l v et h i sp r o b l e m ，e n h a n c et h ec o r p o r a t i o n sa b m t yo fc o n t r o l l i n ga n d d i r e c t i n gv e h i c l e ，a d v a n c et h em a n a g e m e n to fv e h i c l e ，s e n di n f o r m a t i o no fv e h i c l eb y w i r e l e s s ，i n c r e a s et h ee f f i c i e n c yo ft r a n s p o r to f v e h i c l ea n dt h eb e n e f i t f i r s to fa l l ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ep r i n c i p l eo fg p sa n ds o m et e c h n o l o g ya n d p r o t o c o la b o u tt h i ss y s t e ms u c ha sw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n , e m b e d d e ds y s t e m i t d e s i g n e dd i f f e r e n tp r o d u c td e p e n d i n go nd i f f e r e n ta p p l i c a t i o n , f r o mb a s i cr e q u i r e m e n t o f p o s i t i o n i n gt ot r a n s f e r r i n gd a t ao fp o s i t i o n , i m a g ea n d v i d e o a b o u tt h ed e s i g no ft e r m i n a lo nv e h i c l e ，w ep r o v i d et w os o l u t i o n s t h ef i r s to n e d e p e n d i n go nt h eg s m ，s e n dt h ei n f o r m a t i o no fv e h i c l eb ys e n d i n gs m s ；t h e s e c o n dd e p e n d i n go ng p r s ，s oi tc a nt r a n s f e rm o r ei n f o r m a t i o nt h r o u g hg p r st ot h e c e n t e r t h ef l r s td e s i g nu s e sa t 8 9 c 51a sm c u ，e x t e n d ss e r i a lp o r tb yt l l l6 c 5 5 4 ， p r o c e s s e st h ei n f o r m a t i o nw h i c hf r o mg p sa n d s e n ds m sb ye o m m u n i c a t i o n i n gw i t h g s mm o d e mt h r o u g ht h es e r i a lp o r t t h es e c o n dd e s i g nn o to n l yp r o c e s s e st h e i n f o r m a t i o nf r o mg p s ，b u ta l s op r o c e s s e so t h e ri n f o r m a t i o ns u c ha si m a g e ，v i d e oa n d s oo n w en e e dc p uc o n n e c t 、研n lo t h e rd e v i c e sa n dc a l ld e a l 、丽mm u l t i m e d i a , s ow e c h o o s e $ 3 c 2 4 1 0w h i c hw i d e l y u s e di nm a n yk i n d so f e l e c t r o n i cp r o d u c t ，p r o d u c e db y s u m s u nc o r p o r a t i o n ，i tb u i l d st h ee m b e d e ds y s t e mw i t h3 2 ms d r a m ，6 4 m n a n df a l s h a b o u tt h ec h o i c eo fe m b e d d e ds o f t w a r e w ec h o o s et h el i n u x s y s t e m t oi m p l e m e n tt h em a n a g e m e n to fv e h i c l e ，t h ec e n t e ro fc o n t r o l l i n gn e e d sa h i g h - p o w e rp ca sp r o c e s s o r , c o n n e c t st h ep cw i t hg p r so rg s m ，r u n n i n gt h e s u r v e i l l a n ts o f t w a r et oi m p l e m e n ti t st a s ko fc o n t r o l l i n ga n dm a n a g i n g k e y w o r d ：g p s ，g s m ，g p r s ，$ 3 c 2 4 1 0 ，v e h i c l ec o n t r o l l i n gs y s t e m n 基于g p s 的车辆调度系统的设计 1 、课题的来源及思路 1 l 刖吾 利用o p s ( g l o b a ip o s i t i o n i n gs y s t e m ) 来作为定位导航是g p s 的最基本应用， 随着我国城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管理和合理调度已 成为一个广泛关注的问题，尤其是全球定位系统( g p s ) 从军用转为民用以后，g p s 技术应用于移动目标的监控有着其他监控手段无法比拟的优势，所以采用g p s 技 术对各种车辆实施监控、调度管理是一个新的研究热点。 本文对车辆管理提出两种较理想解决方案。第一种方案是基于g s m ( g r o u p s p e c i a lm o b i l e ) 网络的车辆监控系统，该系统采用g p s 技术对移动目标进行实时 定位，利用g s m 数字移动通信网络进行实时数据传输，通过短信息来传输数据， 数据主要包含车辆的位置、速度等。第二种方案是基于g p r s ( g e n e r a lp a c k e t r a d i os y s t e m ) l 网络的车辆监控系统，该系统采用g p s 技术对移动的目标进行实 时定位，利用g p r s 网络来传输数据，传输的数据不仅包括车辆的位置还可以包 含图像、视频等。 监控中心则以电子地图和空间信息系统为支撑平台，实现定位跟踪、指挥调 度和信息查询管理。监控中心实时接收每一个移动目标的最新定位数据、运行状 况和报警信息等，并自动记录这些信息以便事后查询分析，结合g i s ( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 电子地图，实时地显示出当前监控的车辆的地理位置。 2 、g p s 车辆调度系统的前景和意义 以长途运输为例，我国有1 0 0 0 万辆的货运车和7 0 0 万辆的客运车，这使g p s 在物流运输管理上能发挥重大作用，其应用市场需求迫切，潜力巨大。各类物流 系统均提出对g p s 车辆监控管理系统的需求。2 0 0 7 年5 月，全国铁路日均装车 1 3 9 2 7 0 车，同比增长7 5 ；完成货运量2 6 3 亿吨，增长7 7 。；水路运输货运 量和货物周转量分别为2 3 亿吨和5 1 4 6 8 亿吨公里，分别增长1 1 5 和1 4 8 ； 全国公路运输完成货运量和货物周转量分别为1 3 3 亿吨和9 2 0 8 亿吨公里，分别 i i i 基于g p s 的车辆调度系统的设计 比去年同期增长1 1 1 和1 6 6 。估计2 0 0 8 年车辆跟踪系统需求总量会超过3 0 0 万台，在“十一五”期间每年新增加量至少能达到3 0 - 5 0 万台。 车辆监控系统应用市场在我国完全有形成一个大产业的可能，而且已经到了 开始大规模发展的关键时期，我国第一代导航卫星系统“北斗一号导航试验卫星 系统”的两颗卫星已上天，最新报导，我国已经研制成功北斗导航芯片，将打破 国外垄断导航芯片的局面，因此我国的车辆监控系统从总体上已具备大规模发展 的基本条件，从产品、服务、行业、管理、技术、队伍、资本、市场、政策与环 境等方面来衡量，都有一定的基础，再加上国民经济稳定发展，因此车辆监控系 统将会成为我国的一个新兴的支柱产业。 3 、本文所做的工作 在本文设计中，作者完成对g p s 定位原理及n m e a 0 1 8 3 协议理解与分析。 利用j a v a 编写串口通信程序，完成g p s 模块与p c 机的通信，并对g p s 数据进 行了详细的分析，完成相关数据的提取工作，在此基础上设计出基于g p s 车辆 监控系统的两种方案。 在第一种方案中，作者在掌握了利用g s m 模块的a t 指令收发短消息的基 础上，分析了p d u 和t e x t 两种短消息模式，采用a t 8 9 c 5 1 为系统的微处理器， t l l 6 c 5 5 4 扩展串口，1 6 0 2 液晶显示模块来显示数据，完成了基于g s m 网络车 载终端的硬件设计。c 5 1 语言进行软件的编程，实现了板上各集成芯片的控制， 完成了定位数据的正常发送，在p c 监控端可以接收到位置信息。 在第二种方案中，在熟悉了a r m 9 芯片$ 3 c 2 4 1 0 硬件结构的基础上，了解 了g p r s 的原理，选择合理的g p r s 模块，设计了基于g p r s 网络的车载终端方 案，采用友善之臂公司的n a n 0 2 4 1 0 核心板为核心处理系统，在此基础上扩展各 个模块。完成了b o o t l o a d e r 和l i n u x 的移植，完成l i n u x 系统下通过串口与g p s 模块和g p r s 模块通信的程序设计，实现了系统的基本目标。 i v 学位论文独创性声明 本人郑重声明： l 、坚持以“求实、创新力的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名：侄31 垡 日 期：选盟羔：! ! 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 作者签名：同。店 基于g p s 的车辆调度系统的设计 1 1 什么是g p s 第一章g p s 定位原理简介 g p s 即全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 是美国从本世纪7 0 年代开 始研制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有在海、陆、空 进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近1 0 年 我国测绘等部门的使用表明，g p s 以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特 点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄 影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、动力 学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 是美国第二代卫星导航系统。是 在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。 和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大 部分组成。 按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用 2 4 颗高度约2 0 2 万千米的卫星组成卫星星座。2 1 + 3 颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为1 1 小时5 8 分，分布在六个轨道面上( 每轨道面四颗) ，轨道倾毒 角为5 5 度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任 何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定 位解算精度的几何图形( d o p ) ，这就提供了在时间 上连续的全球导航能力。 地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有g p s 用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。 监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在 范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控 站对g p s 卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗g p s 卫星的轨道和卫星 钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行 基于g p s 的车辆调度系统的设计 至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗g p s 卫 星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。 全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位 系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断 地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并已经逐步深入人们的日常生活。 1 2g p s 定位原理 按照定位模式的划分，g p s 定位可以分为绝对定位和相对定位两种模式。绝 对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的 是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。 绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。相对定位又称为差分定位，这 种定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接 收机天线间的相互位置关系。 利用g p s 进行绝对定位的原理为：以g p s 卫星和用户之间的距离为基础，根 据卫星的瞬时坐标，来确定用户的坐标。卫星不间断地发送自身的星历参数和时 间信息，用户接收到这些信息后，就可以获得g p s 卫星的瞬时坐标。只要获得4 个卫星就可以列出下面含有4 个未知数的4 个方程。 卫星2卫星3 4 ，r j z ) ( x l - x ) 2 h p l - y ) 弭( z 1 妒】1 饵嗨优护d l ( x 2 一x ) 抚- y ) 2 + ( z 2 z ) 2 】1 佴他- 魄声南 ( x 3 一x ) 2 + - y 弦( z 3 z ) 2 】1 珥c ( 僻做沪d 3 伍一x ) 2 + 帆- y 丹伍z ) 2 】1 饵诈做沪c 1 4 上述四个方程式中待测点坐标x 、y 、z 和、为未知参数，其中z = c ( i 2 基于g p s 的车辆调度系统的设计 - - - 1 ，2 ，3 ，4 ) 。z ( i = 1 、2 、3 、4 ) 分别为卫星1 、卫星2 、卫星3 、卫星4 到 接收机之间的距离。t ( i = 1 、2 、3 、4 ) 分别为卫星1 、卫星2 、卫星3 、卫星 4 的信号到达接收机所经历的时间。c 为g p s 信号的传播速度( 即光速) 。 四个方程式中各个参数意义如下：x 、y 、z 为待测点坐标的空间直角坐标。 而，y i ，刁( i = 1 、2 、3 、4 ) 分别为卫星1 、卫星2 、卫星3 、卫星4 在t 时刻的空 间直角坐标，可由卫星导航电文求得。吒( i - 1 、2 、3 、4 ) 分别为卫星1 、卫星 2 、卫星3 、卫星4 的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。v 厶为接收机的钟差。由 以上四个方程即可解算出待测点的坐标x 、y 、z 和接收机的钟差。 1 3g p s 信号接收机 g p s 卫星接收机的基本结构是天线单元和接收单元两部分，结构如图1 1 所 示。天线单元的主要作用是：当g p s 卫星从地平线上升起时，能捕获、跟踪卫 星，接收放大g p s 信号。接收单元的主要作用是：记录g p s 信号并对信号进行 解调和滤波处理，还原出g p s 卫星发送的导航电文，解求信号在站星间的传播 时间和载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式，获得定位、 测速、定时等数据。 | r 卑il ：l 幽ji 蚴鬻 3 基于g p s 的车辆调度系统的设计 第二章n m e a - - 0 1 8 3 协议 g p s 接收机和手持机之间的数据交换格式一般都由生产厂商缺省定制，其定 义内容普通用户很难知晓，且不同品牌、不同型号的g p s 接收机所配置的控制 应用程序也因生产厂家的不同而不同。所以，对于通用的g p s 应用软件，就需 要一个统一格式的数据标准，来解决与任意一台g p s 的接口问题。n m e a - - 0 1 8 3 数据标准就是解决这类问题的方案之一。 2 1n m e a 协议标准m 1 n m e a 协议是为了在不同的g p s 导航设备中建立统一的r t c m 标准，它是 由美国国家海洋电子协会( 1 1 1 en a t i o n a lm a r i n ee l e c t r o n i c sa s s o c i a t i o n ) 制定的。 n m e a 协议有0 1 8 0 、0 1 8 2 和0 1 8 3 三种，0 1 8 3 可以认为是前两种的升级，也是 目前使用最为广泛的一种。 n m e a - - 0 1 8 3 语句的格式如下：“$ ”为语句起始标志：“，”为域分隔符；“” 为校验和识别符，其后面的两位数为校验和；“ ”为终止符，表示回车、 换行。本文仅对g p g g a 、g p g s a 、g p g s v 、g p r m c 四个信息语句进行详细分 析： g p g g a ：g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e mf i xd a t a ( g g a ) g p s 定位信息 $ g p g g a ， ， ， ， ， ，妈 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， h h 1 ) 模式，m f 动( 在2 d 和3 d 模式之间进行手动转换) ，a - 自动( 在2 d 和3 d 模式之间自动转换) 。 2 ) 定位类型，1 = 没有定位，2 = 2 d 定位，3 = 3 d 定位。 3 ) p r n 码( 伪随机噪声码) ，正在用于解算位置的卫星号( o l 3 2 ，前面的 o 也将被传输) 。 4 ) p d o p 位置精度因子( o 5 - - 9 9 9 ) 。 5 ) h d o p 水平精度因子( 0 5 9 9 9 ) 。 6 ) v d o p 垂直精度因子( 0 5 - 9 9 9 ) 。 g p g s v g p ss a t e l l i t e si nv i e w ( g s v ) 可见卫星信息 $ g p g s v ， ， ， ， ， ，q ，4 ， ， ， 幸h h ， ， ， 信息将按照每颗卫星进行循环显示，每条g s v 语句最 多可以显示4 颗卫星的信息。其他卫星信息将在下一序列的n m e a - - 0 1 8 3 语句 基于g p s 的车辆调度系统的设计 中输出，若未使用，这些字段会显示空白。 g p r m c ：r e c o m m e n d e dm i n i m u m s p e c i f i cg p s t r a n s i td a t a ( r m c ) 推荐定位信息 $ g p r m c ， ， ， ， ， ，q ， ， ， ， 1 h h 1 ) 协调世界时( u t ct i m e ) ，格式：时时分分秒秒( h h m m s s ) 。 2 ) 定位状态，a 有效定位，v = 无效定位 3 ) 纬度，格式：度度分分分分分分( d d m m r n m m a m ，前面的0 也将被传输) 。 4 ) 纬度区分，北半球( n ) 或南半球( s ) 。 5 ) 经度，格式：度度分分分分分分( d d m m m m 加，前面的0 也将被传输) 。 6 ) 经度区分，东半球( e ) 或西半球( w ) 。 7 ) 地面速率( 0 0 0 0 - 9 9 9 9 节，前面的0 也将被传输) 。注：节是船速的单 位，节= 哩小时。 8 ) 地面航向( 0 0 0 0 - - 3 5 9 9 度，以正北为参考基准，前面的0 也将被传输) 。 9 ) 协调世界日期，格式：日日月月年年( d d m m y y ) 。 1 0 ) 磁偏角( 0 0 0 0 1 8 0 0 度，前面的0 也将被传输) 。 1 1 ) 磁偏角方向，东( e ) 或西( w ) 。 1 2 ) 模式指示( 仅n m e a - - 0 1 8 33 0 0 版本输出，a - 自主定位，d = 差分，e = 估算，n = 数据无效) 。 2 2g p s 数据分析 1 ) 某个时刻测出的数据分析 $ g p g g a ，0 2 5 1 1 2 ，3 2 0 3 2 6 0 8 , n ，1 1 8 4 5 8 1 5 1 ，e ，l ，0 5 ，2 2 ，3 3 3 ，m ，2 。0 ，m ，* 4 9 $ g p g s a ，厶3 ，0 1 ，0 3 ，1 5 ，1 9 ，2 0 ，3 1 ，2 2 ，2 1 * 3 f $ c 母g s v ，3 ，1 ，1 2 ，0 1 ，3 8 ，1 6 7 ，5 1 ，0 3 ，4 6 ，1 9 0 ，5 1 ，0 6 ，0 9 ，0 3 9 ，0 0 ，1 3 ，1 2 ，3 2 3 ，0 0 * 7 d $ g p g s v ，3 ，2 ，1 2 ，1 4 ，0 5 ，1 5 5 ，0 0 ，1 5 ，0 7 ，1 0 9 ，4 1 ，1 6 ，6 7 ，3 4 9 ，0 0 ，1 9 ，1 3 ，1 9 8 ，4 4 * 7 6 $ g p g s v 3 ，3 ，1 2 ，2 0 ，1 2 ，2 5 2 ，4 0 ，2 1 ，0 6 ，0 8 0 ，0 0 ，2 3 ，4 3 ，3 0 6 ，0 0 ，2 5 ，5 3 ，0 8 7 ，0 0 * 7 a $ g p g l l ，3 2 0 3 2 6 0 8 ，n ，1 1 8 4 5 8 1 5 1 ，e ，0 2 5 1 1 2 ，a ，a 4 8 $ g p b o d ，t ，m ，掌4 7 6 基于g p s 的车辆调度系统的设计 $ p g 瑚e ，21 1 ，m ，l8 8 ，m ，2 8 5 ，m 枣12 $ p g r m z ，1 0 9 ，f , 3 幸1 3 $ g p r l 限，1 ，1 ，c ，幸3 7 $ g p r m c ，0 2 5 1 1 2 ，a ，3 2 0 3 2 6 0 8 ，n ，1 1 8 4 5 8 1 5 1 ，e ，0 0 ，4 1 1 , 0 9 1 1 0 7 ，4 5 ，w a 幸3 9 $ g p r m b ，a ，a ，a 母0 b 我们仅对g p g g a 、g p g s a 、g p g s v 、g p r m c 四个语句做详细分析： g t g g a ：协调世界时2 时5 1 分1 2 秒，北纬3 2 度3 2 6 0 8 分，东经1 1 8 度 4 5 8 1 5 1 分，非差分定位，使用卫星数为5 个，h d o p 水平精度因子为2 2 ，海拔 高度为3 3 3 米，地球椭球面相对海平面的高度为2 米，校验和为4 9 。 g p g s a ：采用在2 d 和3 d 模式之间自动转换，3 d 定位，正在用于解算位 置的卫星号是0 1 、0 3 、1 5 、1 9 、2 0 ，p d o p 位置精度因子是3 1 ，h d o p 水平精 度因子是2 2 ，v d o p 垂直精度因子是2 1 ，语句末端的校验符是3 f 。 g p g s v ：g s v 语句的总数是3 句，可见卫星总数是1 2 个。 g s v 语句1 ，0 1 号卫星：仰角是3 8 度，方位角是1 6 7 度，信噪比为5 1 ；0 3 号卫星仰角是4 6 度，方位角是1 9 0 度，信噪比为5 1 ；0 6 号卫星：仰角是9 度， 方位角是3 9 度，信噪比为0 0 ；1 3 号卫星：仰角是1 2 度，方位角是3 2 3 度，信 噪比为0 0 ：校验和是7 d 。 g s v 语句2 ，1 4 号卫星：仰角是5 度，方向角是1 5 5 度，信噪比为0 0 ：1 5 号卫星：仰角是7 度，方位角是1 0 9 度，信噪比为4 1 ；1 6 号卫星：仰角是6 7 度，方向角是3 4 9 度，信噪比为0 0 ；1 9 号卫星：仰角是1 3 度，方向角是1 9 8 度，信噪比为4 4 ；校验和是7 6 。 g s v 语句3 ，2 0 号卫星：仰角是1 2 度，方向角是2 5 2 度，信噪比为4 0 ；2 l 号卫星：仰角是6 度，方位角是8 0 度，信噪比为0 0 ；2 3 号卫星：仰角是4 3 度， 方向角是3 0 6 度，信噪比为0 0 ；2 5 号卫星：仰角为5 3 度，方位角是8 7 度，信 噪比为0 0 ；校验和是7 a 。 g p r m c ：协调世界时2 时5 1 分1 2 秒，有效定位，北纬3 2 度3 2 6 0 8 分， 东经1 1 8 度4 5 8 1 5 1 分，地面速率是0 ，地面航向北偏东4 1 1 度，协调世界日期 是0 7 年1 1 月9 日，磁偏角4 5 度，磁偏角方向向西，自主定位，校验和是3 9 。 由以上的g p g g a 、g p g s a 、g p g s v 、g p r m c 的信息可以看出：在0 7 年 7 基于g p s 的车辆调度系统的设计 n 月9 日1 0 时5 1 分1 2 秒的时候( 因为我国处于东8 区，所以要在世界协调时 的基础上加8 ) ，作者所处的位置( 南京师范大学) 的地理位置应该是在北纬3 2 度3 2 6 0 8 分，东经1 1 8 度4 5 8 1 5 1 分，海拔高度是3 3 3 米。 这样看来，可以根据n m e a - - 0 1 8 3 协议，通过串口把g p s 接收机的定位信 息传送到p c 机上，并对这些数据进行处理分析。 按照各个卫星的方位角，将各个卫星的所处的方位用图2 - 2 表示出来： _ 一丫_ n吞= 一佗二，1 。i 图2 2 定位系统卫星分布图 由图可以看出一共有1 2 颗卫星，六颗在北面，六颗在南面。北面的六颗星 的信噪比都为0 ( 因为测数据时，由于p c 机在室内，数据电缆线很短，所以只 能将g p s 接收机放置在窗i z i 。窗口朝南，所以北面的六颗星的信号都被建筑物 遮蔽了，所以接收不到信号) 。而南面的六颗卫星除了1 4 号卫星的信噪比为0 以外，其他五颗都有数值( 因为在我所测的位置，1 4 号星那个方向有个高大建 筑物，它的信号被高大的建筑物所遮蔽，所以它的信噪比也为o ) 。由上图对1 2 颗卫星在太空的具体分布一目了然。 8 基于g p s 的车辆调度系统的设计 2 )对一天的数据分析 另外，从早晨9 ：3 0 到晚上9 ：3 0 ，每隔半小时从串口读入g p s 信息，根据 各时刻可见卫星的数目的变化，画出如图2 3 所示曲线。 一一 n iiiitl 9 ：0 0 9 ：3 01 0 ：0 01 0 ：3 0 ：1 1 ：3 01 ：= 0 01 2 ：3 01 3 一 0 01 3 ：3 01 4 0 01 i = 3 01 5 0 01 5 一：3 01 6 一 0 01 6 ：3 0 1 7 一：0 0 1 7 一：3 01 8 一：0 01 8 一 3 01 9 一：0 0 1 9 ：3 02 0 一：0 0 2 0 一：3 0 2 1 一：0 02 1 ：3 0 ， 时间 图2 3 一天中可见卫星数目的变化曲线 9 基于g p s 的车辆调度系统的设计 第三章基于g p s g s m 的车辆调度系统的实现 本系统的设计是基于g s m 网络来进行定位信息的传递。通过m c u 处理g p s 报文，提取相关信息，控制g s m 模块发送短信息至监控终端，实现车辆的监控 与调度，g p s g s m 车辆调度系统结构如图3 - 1 所示1 2 9 。 图3 1g p s g s m 车辆调度系统应用逻辑框图 本章首先介绍系统的主要构成，对系统中的各个模块进行一一阐述。在描述 各个模块硬件设计的同时，对采用的芯片作简单的介绍。软件设计方面分为三个 部分来描述，分别是硬件的初始化、信息的处理、s m s 通信，对s m s 通信的软 件设计作了详细的描述。 3 1 系统概况 3 1 1 设计要求和系统结构 硬件设计的工作按照预定目标，主要是g s m 车载系统中的电路设计，设计 要求如下： 电路能够提供g p s 模块的硬件接口； 电路能够提供g s m 模块的硬件接口； 能够在l c d 上显示当前位置的经纬度； 能够将位置信息发送至监控终端 车辆调度系统中车载终端由g p s 信号接收模块、信息处理模块、g s m 发送 模块三部分组成，由g p s 模块接收信号，信息处理模块对接收的信息进行处理， 最后由g s m 模块将提取的信息发送到监控终端，其系统结构如图3 2 所示。 1 0 基于g p s 的车辆调度系统的设计 图3 - 2 车载终端的结构组成 1 ) g p s 信号接收模块 常用的g p s 模块主要由天线单元和接收单元两大部分组成，天线单元由前 置放大器和频率变换器组成，接收单元由标频器、频率合成器、并行信号通道， 数字信号处理器、存储器、串行接口、电源等部分组成。加电后，将自动从天线 接收g p s 卫星发送的射频信号，经过一系列的处理过程，通过并行通道完成对 视界内最佳位置卫星的跟踪，测出从卫星到天线的传播时间，解读导航电文，从 而计算出经纬度、海拔高度、日期、航向等信息。 2 ) 信息处理模块 g p s 模块会将导航定位信息通过串口源源不断的发送出来，通过对这些数据 的处理来提取所需要的经纬度等信息，然后将有用信息按一定协议组装成数据包 传递给g s m 发送模块。 3 ) g s m 短信发送模块 使用g s m 模块可以方便地利用g s m 网进行通信。主控制器可以通过a t 命令控制g s m 模块使其发送短消息。g s m 模块与单片机之间采用标准的串行口 进行通信，通信的最高波特率可以达到1 1 5 2 0 0 b i f f s 。g s m 模块与s i m 卡之间主 要通过s 1 m c l k 和s i m d a t a 信号线进行数据通信。为了保证发送短消息与短 消息到达之间的时间间隔尽量短，车载终端与监控终端选用的s i m 卡最好是同 一个电信运营商提供的。 3 1 2 车辆调度系统车载终端的具体电路的实现 本设计采用模块化结构，其主要部分如图3 - 3 所示，这里给出了简要的框图， 基于g p s 的车辆调度系统的设计 详细电路原理参考本文附录一。 图3 - 3 车载终端电路框图 3 2 模块电路的设计与实现 3 2 1 扩展串口的实现 由于g p s 模块和g s m 模块都是通过串口来实现数据通信，而a t 8 9 c 5 1 只 有一个串口，因此必须扩展串口，扩展串口的芯片众多，经比较采用耵公司的 串口扩展芯片t l l 6 c 5 5 4 。 1 t l l 6 c 5 5 4 的功能特点 t l l 6 c 5 5 4 是一个整合四个通道即t l l 6 c 5 5 0 c 的增强型异步通讯组件 ( a c e ) 。它的每个通道能够从外围设备或m o d e m 接收数据，实现串并转换； 同时，它也可以从c p u 端接收数据，实现并串转换。c p u 可以在工作时随时查 询每一个通道的工作状态，监视各种命令的执行及任何发生的错误。 2 t l l 6 c 5 5 4 的功能框图： 1 2 基于g p s 的车辆调度系统的设计 功能方糨眶( 每一迸道) i 吖r 1 4 l a 嚏 哆 t 。：簟l 恕! 乜籼 | 二 1i ：l u g a m a - i 。 咱_ 一l 勰一 _ k 。毛 i l p叼 j 1 i 一l 。- 。l 哪r1 7 j 匕u e 蟾 l 谝玉i 1 【t ，- 一 _ ”叫4 ”r r 圭 丫 + 一i l t u 1 - t 柳缸f 墙善辜一l - 一l 主：嚣卜 勖1 i i 。l 。一 _ l 均鞠 觚铀 一i 。勰i 。l 釉列l 心鼙 1 l 黼。i 1 7i ”“竺。j l f 露健 m 瞒 孙自节 慝栩 io i 7 i 戳辫l 泔聪 露 i一胛静-_ 工 黪蹦 毒蝴 - “1 “i 1 l 一i m 墨 一 it t _ 日t m 赶t t l 。 妻 l r 舒 e 讷 ，蛹 i 叼r l - 啾 l 麓 一 卜- 警? 一t | l rll1 _ i jl 拈t 甓警妇l 。钳 冒惦 r 贸鞠-i 溺i l 7 l l 睁l h 胬 7 了 u 茹 一。_ l = 。10 ，r 一瓣。一一l 谲= i l 。醒 孵留 一一l 塑懒i耽 释稿懒 r c 垂# l 蝴 一垤 1 l 晡葫l 。7 t 麟 j 鲁 j l 馨寻溉一 。一 由黾纸挚f i 卿 一一一i 唑哪i _ 。1 嗖 螂i t 盎 i 赫磊l 7ix 戮l l i 罱卜。i i 一一i 鎏。i i 畏婶懒i 7 捷；置、鬣宁习际鲍警l 舅p 争皴蓬错辩簿渔裤逢建a 滩蓍。 图3 4 功能框图 的工作原理 有三类信息存储在异步通信组件的内部寄存器中：控制信息、状态信息和数 据信息。这些寄存器的选择由 、 、 三根地址线控制。表 给出了每 基于g p s 的车辆调度系统的设计 一个寄存器的地址并说明该寄存器是只读、只写还是可读写的。 表3 - 1t l l 6 c 5 5 4 寄存器选择表 d l a ba 2a 1 a 0 读操作模式写操作模式 o00 0 接收器缓冲寄存发送器保持寄存器 oool 中断使能寄存器 xol0 中断辨识寄存器f i f o 控制寄存器 xo11 线路控制寄存器 x1o0 调制解调控制寄存器 x1o1 线路状态寄存器 x 1 l0 调制解调器状态寄存 器 x1l1 暂存寄存器 1oo0l s b 除数锁存 l0o1m s b 除数锁存 x 无关，o = 低电平，l = 高电平 在c s a 或c s d 为低时，串行通道可以访阃。 d l a b 是除数锁存访问位，是l c r 的位7 。 a 2 - a 0 是器件的引脚端。 4 t l l 6 c 5 5 4 的外部连接 t l l 6 c 5 5 4 的d o d 7 接数据总线，a 0 a 2 为寄存器控制选择，接地址总线的 低三位，c s a c s d 为4 个串口的片选信号，接地址译码器的输出端。i n t a 与 i n t b 为串口a 和b 的中断信号，可接单片机的外部中断，w r 与r d 接单片机 的读写控制信号，t l l 6 c 5 5 4 的外部连接如图3 5 所示【5 】。 1 4 基于g p s 的车辆调度系统的设计 图3 - 5t l l 6 c 5 5 4 的外部连接图 5 串行扩